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齒輪傳動噪聲形成的主要原因及對策

齒輪傳動噪聲形成的主要原因及對策

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   傳統衡量齒輪傳動性能的兩個主要因素是:負載能力和疲勞壽命,往往將傳動噪音與傳動精度忽略掉。隨著ISO14000、ISO18000兩項標準的相繼頒布,控制齒輪傳動噪音這一因素的重要性日趨明顯,工業發展與需求對高精密設備的傳動誤差的要求也越來越嚴格(齒輪傳動側隙)。目前已知的齒輪噪音形成因素,大致可從設計、制造、安裝、使用維護等幾個方面分析。

國家標準對齒輪用齒輪副規定了13個精度等級。分別用阿拉伯數字0、1、2……12表示,其中0級精度最高,其余各級依次遞降,12級精度最低。齒輪副中兩個齒輪的精度等級一般取成相同等級,也允許取成不同等級,此時應按其中精度較低者確定齒輪副的精度等級。

13個精度等級中,目前0、1、2級精度的加工工藝水平和測量手段尚難達到,有待發展。3-5級為高精度等級,6-8級為中等精度等級,9-12級為低精度等級。其中6級是基礎級,也是設計中常用等級,它是滾齒、插齒等一般常用加工方法在正常條件下所能達到的等級,可用一般計量器具且進行測量。

設計原因及對策

1. 齒輪精度等級

齒輪傳動系統設計時,設計者往往從經濟因素考慮,盡可能比較經濟的確定齒輪精度等級,殊不知精度等級是齒輪產生噪聲等級與側隙的標記。美國齒輪制造協會曾通過大量的齒輪研究,確定高精度等級齒輪比低精度等級齒輪產生的噪聲要小的多。因此,在條件允許的情況下,應盡可能提高齒輪的精度等級,來減小齒輪噪聲,減少傳動誤差。

2. 齒輪寬度

在齒輪傳動系統允許時,增加齒寬,可以減少恒定扭矩下的單位負荷。降低輪齒撓曲,減少噪聲激勵,從而降低傳動噪聲。德國H奧帕茲的研究表明,扭矩恒定時,小齒寬比大齒寬噪聲曲線梯度高。同時增長齒寬能加大齒輪的承載能力。

3. 齒距和壓力角

小齒距能保證有較多的輪齒同時接觸,齒輪重疊增多,減少單個齒輪撓曲,降低傳動噪聲,提高傳動精度。較小的壓力角由于齒輪接觸角和橫向重疊比都比較大,因此運轉噪聲小、精度高。

4. 運轉速度

根據德國H奧帕茲的試驗研究表明,隨著齒輪運轉速度增加,噪聲等級升高。

5. 齒輪箱結構

試驗研究表明,采用圓筒形箱體對減震有利,在其他條件相同的情況下,普通結構齒輪箱體的噪聲級比圓筒形箱體噪聲級平均高6dB。對齒輪箱體進行共振測試,找出共振位置,增加適當的筋條(板),可以明顯地減少振動,降低噪聲。多級齒輪傳動時要求瞬時傳動比的變化盡量小,已保證傳動平穩,沖擊及振動小,噪聲低。

6. 齒輪聲輻射特征分析

在選擇用不同結構形式的齒輪時,對其特定結構建立聲輻射模型,進行動力學分析,對齒輪傳動系統噪聲進行預先評估。以便根據使用者的不同要求(使用場所,是否無人操作,是否在城區內,地上、地下建筑物有無特定要求,是否有噪聲防護,或無其他特定要求)去滿足。

制造原因及對策

1. 誤差影響

制造過程齒形誤差、齒距誤差、齒向誤差是導致傳動噪聲的主要誤差。也是齒輪傳動精度難以保證的一個問題點。

齒形誤差小、齒面粗糙度小的齒輪,在相同試驗條件下,其噪聲比普通齒輪要小10dB。齒距誤差小的齒輪,在相同試驗條件下,其噪聲級比普通齒輪要小6~12dB。但如果有齒距誤差存在,負載對齒輪噪聲的影響將會減少。

齒向誤差將導致傳動功率不是全齒寬傳遞,接觸區轉向齒的這端面或那個端面,因局部受力增大輪齒撓曲,導致噪聲級提高。但在高負載時,齒變形可以部分彌補齒向誤差。齒輪噪聲的產生與傳動精度有很直接的關系。

2. 裝配同心度和動平衡

裝配不同心將導致軸系運轉的不平衡,且由于齒論嚙合半邊松半邊緊,共同導致噪聲加劇。高精度齒輪傳動裝配時的不平衡將嚴重影響傳動系統精度。

3. 齒面硬度

隨著齒輪硬齒面技術的發展,其承載能力大、體積小、重量輕、傳動精度高等特點使其應用領域日趨廣泛。但為獲得硬齒面采用的滲碳淬硬使齒輪產生變形,導致齒輪傳動噪聲增大,壽命縮短。為減少噪聲,需對齒面進行精加工。目前除采用傳統的磨齒方法外,又發展出一種硬齒面刮削方法,通過修正齒頂和齒根,或把主被動輪的齒形都調小,來減少齒輪嚙入與嚙出沖擊,從而減少齒輪傳動噪音。

4. 系統指標檢定

在裝配前零部件的加工精度及對零部件的選配方法(完全互換,分組選配,單件選配等),將會影響到系統裝配后的精度等級,其噪聲等級也在影響范圍之內,因此,裝配后對系統各項指標進行檢定(或標定),對控制系統噪聲是很關鍵的。

安裝原因及對策

1. 減振和阻斷措施

對齒輪傳動系統在安裝時應盡量避免機身與基礎支撐及連接件之間發生共振,產生噪聲。齒輪傳動系統常?;岱⑸恢換蚣鋼懷萋衷諛承┧俁確段誆艙?,除設計原因外,與安裝時未經空試揪出共振位置。并采取相應減振或阻斷措施有直接關系。某些要求低傳動噪聲和振動的齒輪傳動系統(如檢測儀器),應選用高韌性,高阻尼的基礎材料(如冶金設計研究院研制的環氧樹脂砂漿基礎材料)來減少噪聲和振動的發生。

2. 幾何精度調整

由于安裝時幾何精度未達到標準規定的要求,導致傳動系統發生共振,從而產生噪聲,這就應該在改善安裝工藝,增加工裝,保證裝配人員的整體素質有直接關系。

3. 零部件松動

在安裝時由于個別零部件的松動(如軸承預緊機構,軸系定位機構,撥叉限位機構等),導致系統定位不準,非正常位置嚙合,軸系移動,產生振動和噪聲。這一系列需從設計結構出發,盡量保證各機構的聯接穩定,采用多種聯接方式。

4. 傳動部件損壞

在安裝時由于不當操作損傷傳動部件,導致系統運動不準確或運動失穩;高速運動部件由于受損導致油膜振動;人為造成運動件動不平衡;都產生振動和噪聲。這些原因在安裝過程中都是必須注意和盡量避免的。對無法修復的損傷零部件,必須予以更換,以保證系統獲得穩定的噪聲等級。

使用維護原因及對策

對齒輪傳動系統正確的使用維護雖不能降低系統噪聲等級,保證傳遞精度,但卻能防止其指標劣化,增大使用壽命。

1. 傳動系統內部清潔

傳動系統內部的清潔是保證齒輪正常運轉的基本條件,任何雜質污物的進入都將影響并損傷齒輪傳動系統,最終導致噪聲的產生,損壞傳動系統。

2. 系統正常工作的工作溫度

保證傳動系統正常的工作溫度,防止系統因過大的溫升產生變形,導致非正常嚙合,可以防止噪聲的增大。

3. 及時的潤滑和正確使用油品

不認真的潤滑和錯誤的使用潤滑油脂都將對系統產生不可估量的損害。保證系統得到及時正確的潤滑,可使系統保持在一定的噪聲等級范圍內,延緩劣化趨勢。高速運轉的齒輪,齒面摩擦會產生大量的熱能,潤滑不當,將會導致輪齒的損傷,影響精度,噪聲亦會增大。設計時要求齒輪副有適當的間隙(嚙合輪齒的非工作面間的間隙,以補償熱變形與貯存潤滑油脂)。對潤滑油脂的正確使用和選擇,可保證系統安全有效運行,穩定噪聲等級。

4. 對齒輪運動系統的正確使用

按照系統正常操作順序使用它,可以最大限度地避免系統的損傷及損壞,保證穩定的噪聲等級。在系統的正常負載范圍使用系統,因為齒輪傳動系統傳動噪聲隨負載的增加而增大。
5. 定期維護與保養

定期的維護保養(換油,更換已磨損零部件,緊固件松動部件,清除系統內部雜物,調整各部間隙至標準規定值,檢定各項幾何精度等。)可以提高系統抵抗噪聲等級劣化能力,維持系統狀態穩定。

結論

齒輪傳動噪聲控制是一個系統工程,它涉及了齒輪傳動設計,制造,安裝,使用維護直至更新的全過程,它不僅對設計者,生產制造者,也對安裝使用維護保養者提出了諸多要求,上述任何環節未受到有效控制,齒輪傳動噪聲控制都將歸與失效。